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CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 1
CHMI 2227FBiochimie I
Enzymes:- Régulation
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Régulation de l’activité enzymatique
Dans tout organisme vivant, l’activité des enzymes est soumies à une régulation trèes serrée afin que le produit de la réaction satisfasse aux besoins de la cellule:
Les enzymes peuvent être activés: la réaction est stimulée pour générer davantage de produit;
Les enzymes peuvent être inactivés (i.e. inhibés): la réaction est ralentie pour diminuer la quantité de produit formé;
Plusieurs stratégies sont utilisées pour moduler (i.e. activer ou inhiber) les enzymes:
3- Modification covalente: Phosphorylation sur
Ser/Thr/Tyr
4- Dégradation de l’enzyme
5- Protéolyse limitée
1-Allostérie Inhibition par le produit Activation par le
substrat/cofacteur
2- Liaison d’une sous-unité régulatrice
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Régulation de l’activité enzymatique 1. Allostérie Fréquemment utilisée pour contrôler l’activité des
enzymes métaboliques: Inhibition par le produit final de la voie métabolique;
Activation par un produit généré tôt dans la voie métabolique;
Basé sur le principe de coopérativité: La liaison d’une petite molécule à l’enzyme modifie la structure
3-D de ce dernier et interfère avec son habileté à catalyser la réaction;
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Régulation de l’activité enzymatique 1. Allostérie Exemple: Aspartate transcarbomoylase (ATCase):
Impliqué dans la première d’une série de réactions menant à la synthèse du CTP;
CTP (le produit final de la voie métabolique) inhibe l’ATCase par allostérie;
ATP active ATCase, aussi par allostérie (compétitionne avec le CTP pour des sites de liaison régulateurs sur l’ATCase);
ATCase
AspCarbomoyl phosphate
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Régulation de l’activité enzymatique 1. Allostérie - ATCase
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Régulation de l’activité enzymatique 1. Allostérie - ATCase
ATCase CTP
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Régulation de l’activité enzymatique 2. Sous-unités régulatrices
L’AMPc est produit à partir de l’ATP via l’action de l’adénylate cyclase;
La liaison de l’AMPc à la sous-unité régulatrice de la PKA libère la sous-unité catalytique, qui devient alors pleinement active;
ATP
AMPc
Adé
nyla
teC
ycla
se
AM
Pc
Pho
sphodiestéraseAMP
Caféine
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Régulation de l’activité enzymatique 3. Régulation par modification covalente
Certaines chaînes latérales de plusieurs enzymes sont la cible de modifications covalentes, elles-mêmes catalysées par d’autres enzymes;
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Régulation de l’activité enzymatique 3. Régulation par phosphorylation
L’ajout d’un groupe phosphate (phosphorylation) par des protéines kinases et leur élimination (par des protéines phosphatases) est une stratégie très fréquemment utilisée pour moduler l’activité des enzymes;
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Régulation de l’activité enzymatique 3. Régulation par phosphorylation Adrénaline
Adrénaline
Protéine G
Récepteur de l’adrénaline Adénylate cyclase
ATPAMPc
Protéine Kinase A(inactive)
↑Glucose intracellulaire PKA-cAMP(active)
↑Energie
Cours vite vite!
Glycogène (entrepôt de glucose)
Phosphorylase kinase
Phosphorylase Kinase-PO4
GlycogènePhosphorylase-PO4
GlycogènePhosphorylase
Intérieur de la cellule
Extérieur de la cellule
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Régulation de l’activité enzymatique 4. Régulation de la stabilité de l’enzyme
Les protéines cellulaires sont constamment synthétisées et détruites;
La régulation serrée de la synthèse et de la dégradation protéique participe à la modulation de l’activité enzymatique;
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Régulation de l’activité enzymatique 4. Régulation de la stabilité de l’enzyme
Ubiquitine: Protéine de 76 acides
aminés Marque les protéines
ciblées pour leur dégradation;
L’ubiquitine est attachée à la protéine cible par l’action consécutive de trois enzymes (E1, E2 and E3);
EnzymeUb
UbUb
Ub
Enzyme
Ub
E1
E2
E3
E1
E2Ub
Ub
E3Ub
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Régulation de l’activité enzymatique 4. Régulation de la stabilité de l’enzyme
Les protéines polyubiquitinylées sont ciblées par une très grosse protéine appelée protéasome:
Contient plusieurs sous-unités avec activités protéases (i.e. qui hydrolysent les liens peptidiques);
La dégradation de l’enzyme résultera ainsi en une diminution de la formation du produit de la réaction catalysée par l’enzyme;
Ce phénomène est extrèmement important: le cycle cellulaire (croissance cellulaire synthèse d’ADN mitose) est régulé de façon très serrée par la dégradation bien contrôlée d’une série de protéines appelées cyclines.
EnzymeUb
UbUb
Ub
Ub
Ub
Ub
Ub
Enzyme dégradée
Protéasome
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Régulation de l’activité enzymatique 5. Protéolyse limitée Plusieurs enzymes (particulièrement les
enzymes digestives) sont initialement synthétisées en tant que précurseurs inactifs (zymogènes / proenzymes);
L’activation de ces enzymes est possible via l’hydrolyse d’un nombre limité de liens peptidiques (généralement 2-3);
L’enzyme mature est donc formé de 2 à 3 chaînes, maintenues ensemble par des ponts disulfures;
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Régulation de l’activité enzymatique 5. Protéolyse limitée
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Régulation de l’activité enzymatique 5. Protéolyse limitée
Petit intestin
Sécrétées par le pancréas
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Régulation de l’activité enzymatique 5. Protéolyse limitée
L’inhibiteur de la trypsine pancréatique inhibe la trypsine, et prévient l’activation de la cascade de protéolyse qui pourrait être enclenchée dans le pancréas par des traces de trypsine activée;
Une déficience héréditaire d’un autre inhibiteur de protéase (-antitrypsine, inhibe l’élastase), endommage gravement les poumons et mène à l’emphysème.
La fumée de cigarette oxyde un acide aminé important de l’-antitrypsine, menant à son inactivation et à l’emphysème.